深度学习与强化学习新算法.pptx

数智创新数智创新数智创新数智创新 变革未来变革未来变革未来变革未来深度学习与强化学习新算法1.深度强化学习概述及基本概念1.深度Q网络（DQN）原理及应用领域1.深度确定性策略梯度（DDPG）算法介绍1.策略梯度（PG）算法原理及应用1.演员-评论家（A2C）算法框架1.异步优势行动者-评论家（A3C）算法原理1.多智能体深度强化学习算法介绍1.深度强化学习算法在游戏领域的应用Contents Page目录页 深度强化学习概述及基本概念深度学深度学习习与与强强化学化学习习新算法新算法 深度强化学习概述及基本概念深度强化学习概述1.深度强化学习（DRL）是一种结合深度学习和强化学习技术的新型机器学习方法，旨在解决复杂环境中的决策问题2.DRL 通过深度神经网络来近似价值函数或策略函数，并使用强化学习算法来更新神经网络的参数，从而使智能体在环境中学习最优行为3.DRL 已在许多领域取得了成功，包括游戏、机器人、自然语言处理和金融等深度强化学习的基本概念1.马尔可夫决策过程（MDP）：MDP 是描述强化学习环境的数学模型，包括状态空间、动作空间、奖励函数和状态转移概率2.价值函数：价值函数是状态的期望累积奖励，它衡量状态的优劣程度。

3.策略函数：策略函数是状态到动作的映射，它指定智能体在每个状态下应采取的动作4.Q函数：Q函数是状态-动作对的期望累积奖励，它衡量采取特定动作后所获得的奖励5.探索与利用：探索是尝试新动作以获取更多信息，利用是选择当前已知最优动作以获得最大奖励6.梯度下降：梯度下降是一种优化算法，用于更新神经网络的参数，以最小化损失函数深度Q网络（DQN）原理及应用领域深度学深度学习习与与强强化学化学习习新算法新算法#.深度Q网络（DQN）原理及应用领域深度Q网络（DQN）及其主要成分：1.深度Q网络（DQN）是一种深度强化学习算法，它通过将深度学习技术与传统的强化学习算法相结合，能够解决复杂控制任务2.DQN的主要成分包括：神经网络、经验回放池、目标网络和损失函数神经网络用于估计状态-行为值函数，经验回放池用于存储历史数据，目标网络用于估计目标状态-行为值函数，损失函数用于衡量预测值与目标值之间的差异3.DQN的工作原理：首先，DQN通过神经网络估计状态-行为值函数，然后根据估计的值选择一个行为，执行该行为并观察环境的变化接着，将当前状态、行为、奖励和下一状态存储到经验回放池中最后，从经验回放池中随机抽取一个小批量数据，并使用目标网络估计目标状态-行为值函数。

然后，利用损失函数计算预测值与目标值之间的差异，并通过反向传播算法更新神经网络的参数深度Q网络（DQN）原理及应用领域1.DQN在游戏领域取得了很大的成功，它能够学习如何玩各种各样的游戏，例如：Atari游戏、围棋和星际争霸等2.DQN在机器人领域也有着广泛的应用，例如：机器人导航、机器人抓取和机器人控制等深度Q网络（DQN）的应用领域：深度确定性策略梯度（DDPG）算法介绍深度学深度学习习与与强强化学化学习习新算法新算法 深度确定性策略梯度（DDPG）算法介绍深度确定性策略梯度（DDPG）算法概述1.DDPG算法是深度强化学习领域中的一种策略梯度算法，将深度神经网络与确定性策略相结合，用于解决连续动作控制任务2.DDPG算法将策略和价值函数近似为神经网络，并通过随机梯度下降法对网络参数进行更新，使得策略能够最大化回报3.DDPG算法具有收敛速度快、稳定性好、适用于高维连续动作空间的任务等优点，在机器人控制、游戏对战、自动驾驶等领域得到了广泛的应用DDPG算法的策略网络1.DDPG算法中的策略网络是一个确定性网络，它将状态输入映射到动作输出2.策略网络通常由多层神经网络组成，每层都包含一个非线性激活函数，如ReLU或tanh函数。

3.DDPG算法中的策略网络可以通过随机梯度下降法进行训练，目标是最大化策略梯度，从而使得策略能够产生更优的动作深度确定性策略梯度（DDPG）算法介绍DDPG算法的价值网络1.DDPG算法中的价值网络是一个函数逼近器，它将状态和动作输入映射到一个值，表示该状态和动作在给定策略下的价值2.价值网络通常由多层神经网络组成，每层都包含一个非线性激活函数，如ReLU或tanh函数3.DDPG算法中的价值网络可以通过随机梯度下降法进行训练，目标是最小化均方误差，从而使得价值网络能够更准确地估计价值DDPG算法的目标函数1.DDPG算法的目标函数是策略梯度，它衡量了策略在给定状态下产生某个动作的梯度2.策略梯度可以通过蒙特卡洛抽样或时序差分学习方法来估计3.DDPG算法的目标函数还包括一个正则化项，以防止策略过拟合深度确定性策略梯度（DDPG）算法介绍DDPG算法的更新规则1.DDPG算法通过随机梯度下降法更新策略网络和价值网络的参数2.策略网络的参数是通过最大化策略梯度来更新的3.价值网络的参数是通过最小化均方误差来更新的DDPG算法的应用1.DDPG算法被广泛应用于机器人控制、游戏对战、自动驾驶等领域。

2.在机器人控制领域，DDPG算法被用于控制机器人手臂、无人机等3.在游戏对战领域，DDPG算法被用于训练游戏角色与人类玩家对抗4.在自动驾驶领域，DDPG算法被用于训练自动驾驶汽车在不同环境下行驶策略梯度（PG）算法原理及应用深度学深度学习习与与强强化学化学习习新算法新算法#.策略梯度（PG）算法原理及应用策略梯度（PG）算法原理：1.策略梯度（PG）算法隶属于强化学习领域的策略优化算法，主要针对随机策略或具有随机性行为的决策过程2.PG算法通过估计策略梯度来更新策略参数，策略梯度反映了策略对目标函数的变化率，从而朝着能提高目标函数的方向调整策略3.策略梯度算法具有简洁且易于实现的优点，只需一个与环境互动的过程即可更新策略参数，且适用于连续动作和离散动作空间策略梯度（PG）算法应用：1.机器人控制：PG算法可用于训练机器人控制器，通过与环境的交互学习获得最佳控制策略，用于导航、抓取和操纵等任务2.游戏领域：PG算法广泛应用于游戏领域，包括棋牌游戏、视频游戏和电子竞技等，通过与环境交互来学习游戏策略演员-评论家（A2C）算法框架深度学深度学习习与与强强化学化学习习新算法新算法 演员-评论家（A2C）算法框架A2C算法概述1.A2C算法是演员-评论家方法的一种，它结合了策略梯度和价值函数方法的优点，能够在连续动作空间中学习最优策略。

2.A2C算法的核心思想是使用一个演员网络和一个评论家网络来估计策略和状态价值函数，然后根据梯度下降方法来更新这两个网络的参数3.A2C算法的优点是它能够在连续动作空间中学习最优策略，并且收敛速度快，能够处理大规模的数据集A2C算法的Actor网络1.演员网络是一个策略网络，它根据当前状态输出一个动作2.演员网络的结构可以是任意形式，但通常使用神经网络来实现3.演员网络的参数可以通过梯度下降方法来更新，梯度计算公式为：JA()=E log(a|s;)Q(s,a)，其中JA()是演员网络的损失函数，(a|s;)是演员网络的策略，Q(s,a)是评论家网络的状态价值函数演员-评论家（A2C）算法框架A2C算法的评论家网络1.评论家网络是一个价值函数网络，它根据当前状态输出一个状态价值函数2.评论家网络的结构可以是任意形式，但通常使用神经网络来实现3.评论家网络的参数可以通过梯度下降方法来更新，梯度计算公式为：JC()=E(Q(s,a;)-V(s)2，其中JC()是评论家网络的损失函数，Q(s,a;)是评论家网络的状态价值函数，V(s)是真实的状态价值函数A2C算法的训练过程1.A2C算法的训练过程分为两个步骤：（1）首先，使用演员网络和评论家网络来收集数据。

2）然后，使用梯度下降方法来更新演员网络和评论家网络的参数2.A2C算法的训练过程是迭代的，直到收敛到最优策略为止演员-评论家（A2C）算法框架A2C算法的应用1.A2C算法已成功应用于各种强化学习任务，如机器人控制、游戏和金融交易2.A2C算法的优点是它能够在连续动作空间中学习最优策略，并且收敛速度快3.然而，A2C算法也存在一些缺点，如它对初始化策略敏感，并且容易陷入局部最优A2C算法的改进1.为了改进A2C算法，研究人员提出了各种方法，如使用经验回放机制和正则化技术2.这些改进方法可以提高A2C算法的性能，并使其能够处理更复杂的任务3.A2C算法是强化学习领域的一个重要算法，它有望在未来得到更广泛的应用异步优势行动者-评论家（A3C）算法原理深度学深度学习习与与强强化学化学习习新算法新算法 异步优势行动者-评论家（A3C）算法原理1.A3C算法是一种结合强化学习和深度学习的算法，旨在解决复杂的任务控制问题2.A3C算法的目标是找到一个策略，使代理在给定的环境中获得最大累积奖励3.A3C算法基于策略梯度定理，使用深度神经网络表示策略和值函数A3C算法的体系结构1.A3C算法由一个策略网络和一个值网络组成。

2.策略网络根据环境状态输出行动概率分布3.值网络根据环境状态输出状态价值估计异步优势行动者-评论家（A3C）算法概述 异步优势行动者-评论家（A3C）算法原理A3C算法的训练过程1.A3C算法采用异步训练方式，多个代理同时在环境中进行交互并收集经验2.每个代理将收集到的经验存储在自己的经验回放缓冲区中3.当经验回放缓冲区达到一定容量时，代理会从中采样一批经验进行训练A3C算法的优势1.A3C算法具有并行性和可扩展性，可以充分利用多核CPU或GPU资源进行训练2.A3C算法能够处理连续动作空间和高维状态空间的任务3.A3C算法可以应用于各种复杂的任务控制问题，例如游戏、机器人控制和优化异步优势行动者-评论家（A3C）算法原理A3C算法的局限性1.A3C算法的训练过程可能不稳定，容易陷入局部最优2.A3C算法需要大量的训练数据，才能达到良好的性能3.A3C算法对超参数设置敏感，需要根据具体任务进行调整A3C算法的最新发展及应用1.A3C算法已经应用于各种复杂的任务控制问题，例如游戏、机器人控制和优化2.A3C算法与其他强化学习算法相结合，开发出新的算法，例如深度Q网络（DQN）和策略梯度方法（PPO）。

3.A3C算法正在不断发展和改进，研究人员正在探索新的方法来提高其性能和稳定性多智能体深度强化学习算法介绍深度学深度学习习与与强强化学化学习习新算法新算法 多智能体深度强化学习算法介绍1.多智能体深度强化学习（MADRL）是深度强化学习的一个分支，它研究如何训练多个智能体在协作或竞争环境中学习最优策略2.MADRL算法可以分为集中式和分布式两类集中式算法将所有智能体的观测和奖励信息集中到一个中央控制器，然后由中央控制器计算出每个智能体的最优策略分布式算法则允许每个智能体独立地学习自己的策略，而不需要与其他智能体共享信息3.MADRL算法在许多领域都有潜在的应用，如机器人控制、自动驾驶、游戏、经济学和金融等MADRL算法的挑战1.MADRL算法面临着许多挑战，其中最主要的是以下几个方面：2.多智能体的协作和竞争：在协作环境中，智能体需要学会如何互相合作以实现共同的目标而在竞争环境中，智能体则需要学会如何与其他智能体竞争以获得最大的收益3.观测和奖励信息的不完整：在MADRL中，智能体通常只能观测到部分环境信息，并且只能获得部分奖励信号这使得智能体很难学习到最优策略4.维数灾难：随着智能体数量的增加，MADRL算法的复杂性会急剧增加。

这使得MADRL算法很难应用于大规模的系统多智能体深度强化学习综述 多智能体深度强化学习算法介绍MADRL算法的最新进展1.在过去的几年中，MADRL算法取得了显著的进展其中，一些最具代表性的进展包括：2.多智能体深度Q学习（MADQN）：MADQN是一种集中式MADRL算法，它将深度Q学习扩展到多智能体的情况MADQN算法通过使用一个中央控制器来计算每个智能体的。